GraphèneLe graphène est un matériau bidimensionnel cristallin, forme allotropique du carbone dont l'empilement constitue le graphite. Cette définition théorique est donnée par le physicien en 1947. Par la suite, le travail de différents groupes de recherche permettra de se rendre compte que la structure du graphène tout comme ses propriétés ne sont pas uniques et dépendent de sa synthèse/extraction (détaillée dans la section Production).
Bilayer grapheneBilayer graphene is a material consisting of two layers of graphene. One of the first reports of bilayer graphene was in the seminal 2004 Science paper by Geim and colleagues, in which they described devices "which contained just one, two, or three atomic layers" Bilayer graphene can exist in the AB, or Bernal-stacked form, where half of the atoms lie directly over the center of a hexagon in the lower graphene sheet, and half of the atoms lie over an atom, or, less commonly, in the AA form, in which the layers are exactly aligned.
Graphene nanoribbonGraphene nanoribbons (GNRs, also called nano-graphene ribbons or nano-graphite ribbons) are strips of graphene with width less than 100 nm. Graphene ribbons were introduced as a theoretical model by Mitsutaka Fujita and coauthors to examine the edge and nanoscale size effect in graphene. Large quantities of width-controlled GNRs can be produced via graphite nanotomy, where applying a sharp diamond knife on graphite produces graphite nanoblocks, which can then be exfoliated to produce GNRs as shown by Vikas Berry.
Potential applications of graphenePotential graphene applications include lightweight, thin, and flexible electric/photonics circuits, solar cells, and various medical, chemical and industrial processes enhanced or enabled by the use of new graphene materials. In 2008, graphene produced by exfoliation was one of the most expensive materials on Earth, with a sample the area of a cross section of a human hair costing more than 1,000asofApril2008(about100,000,000/cm2). Since then, exfoliation procedures have been scaled up, and now companies sell graphene in large quantities. Joint de grainsUn joint de grains est l'interface entre deux cristaux de même structure cristalline et de même composition, mais d’orientation différente. vignette|Microstructure de VT22 () après trempe. L'échelle est en micromètres. vignette|Schéma d'un joint de grain, dont les atomes communs à deux cristaux (orange et bleu) sont représentés en vert. Les joints de grains peuvent se former dans deux cas de figure : lors de la solidification du matériau et par recristallisation, durant certains traitements thermomécaniques.
Oxyde de graphiteL'oxyde de graphite, autrefois appelé oxyde graphitique ou acide graphitique, est un composé inorganique de carbone, oxygène et hydrogène dans des ratios atomiques variables. Il est obtenu en traitant du graphite avec des oxydants forts. Le produit le plus oxydé est le solide jaune avec un ratio C:O entre 2,1 et 2,9 qui conserve la structure en couche du graphite mais avec des espaces intercouches beaucoup plus larges et irréguliers.
Matériau bidimensionnelUn matériau bidimensionnel, parfois appelé matériau monocouche ou matériau 2D, est un matériau constitué d'une seule couche d'atomes ou de molécules. Depuis l'isolement du graphène (une seule couche de graphite) en 2004, beaucoup de recherches ont été réalisées pour isoler d'autres matériaux bidimensionnels en raison de leurs caractéristiques inhabituelles et pour une potentielle utilisation dans des applications telles que le photovoltaïque, les semi-conducteurs et la purification de l'eau.
Recherche scientifiquevignette|Une laborantine du Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche (EMPA) à Saint-Gall, en 1964. La recherche scientifique est, en premier lieu, l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, on utilise également ce terme dans le cadre social, économique, institutionnel et juridique de ces actions. thumb|Allégorie de la Recherche, bronze par , 1896, Thomas Jefferson Building.
Cristallitethumb|Représentation schématique d'un ensemble de cristallites Un (ou une) cristallite (crystallite en anglais) est un domaine de matière ayant la même structure qu'un monocristal. La matière cristalline est rarement présente à l'état de monocristal, à quelques exceptions près (pierres précieuses, silicium pour l'industrie électronique, alliages pour les aubes de turbine des moteurs d'avions militaires). La plupart du temps, elle est polycristalline, c'est-à-dire composée de monocristaux (les cristallites) attachés les uns aux autres par des régions désordonnées.
Loi de Hall-PetchIn materials science, grain-boundary strengthening (or Hall–Petch strengthening) is a method of strengthening materials by changing their average crystallite (grain) size. It is based on the observation that grain boundaries are insurmountable borders for dislocations and that the number of dislocations within a grain has an effect on how stress builds up in the adjacent grain, which will eventually activate dislocation sources and thus enabling deformation in the neighbouring grain as well.
MonocristalUn monocristal ou matériau monocristallin est un matériau solide constitué d'un unique cristal, formé à partir d’un seul germe. À l'opposé, un polycristal ou matériau polycristallin, est constitué lui d'une multitude de petits cristaux de taille et d'orientation variées. De façon exceptionnelle, on peut en trouver dans la nature, pour le béryl, le quartz, le gypse ; ainsi pour ce dernier la mine de Naica (Mexique) comporte des monocristaux de gypse atteignant treize mètres.
Crystalline siliconCrystalline silicon or (c-Si) Is the crystalline forms of silicon, either polycrystalline silicon (poly-Si, consisting of small crystals), or monocrystalline silicon (mono-Si, a continuous crystal). Crystalline silicon is the dominant semiconducting material used in photovoltaic technology for the production of solar cells. These cells are assembled into solar panels as part of a photovoltaic system to generate solar power from sunlight. In electronics, crystalline silicon is typically the monocrystalline form of silicon, and is used for producing microchips.
Abnormal grain growthAbnormal or discontinuous grain growth, also referred to as exaggerated or secondary recrystallisation grain growth, is a grain growth phenomenon through which certain energetically favorable grains (crystallites) grow rapidly in a matrix of finer grains resulting in a bimodal grain size distribution. In ceramic materials this phenomenon can result in the formation of elongated prismatic, acicular (needle-like) grains in a densified matrix with implications for improved fracture toughness through the impedance of crack propagation.
Grain growthIn materials science, grain growth is the increase in size of grains (crystallites) in a material at high temperature. This occurs when recovery and recrystallisation are complete and further reduction in the internal energy can only be achieved by reducing the total area of grain boundary. The term is commonly used in metallurgy but is also used in reference to ceramics and minerals. The behaviors of grain growth is analogous to the coarsening behaviors of grains, which implied that both of grain growth and coarsening may be dominated by the same physical mechanism.
GraphiteLe graphite est une espèce minérale qui est, avec le diamant, la lonsdaléite et la chaoite, l'un des allotropes naturels du carbone. Sa formule chimique est « C » mais les formes natives permettent de retrouver des traces d'hydrogène (« H »), d'azote (« N »), d'oxygène (« O »), de silicium (« Si »), d'aluminium (« Al »), de fer (« Fe ») ou encore d'argile. Les gisements historiques sont les mines britanniques de exploitées pour confectionner les mines de crayon dès le .
Allotropie du carbonethumb|333px|upright=1.4|Huit formes allotropiques du carbone. a) diamant, b) graphite, c) lonsdaléite, d) e) f) g) carbone amorphe h) nanotube. Les formes allotropiques du carbone présentes naturellement à l'état solide sur Terre sont le carbone amorphe et trois formes cristallisées, le graphite, le diamant et la lonsdaléite. D'autres ont d'abord été synthétisées, tels les fullerènes (dont l'archétype ), les nanotubes de carbone, le carbone vitreux et la nanomousse, mais on a découvert ensuite que de petites quantités de fullerènes et de nanotubes se formaient naturellement lors de combustions incomplètes.
Topological orderIn physics, topological order is a kind of order in the zero-temperature phase of matter (also known as quantum matter). Macroscopically, topological order is defined and described by robust ground state degeneracy and quantized non-Abelian geometric phases of degenerate ground states. Microscopically, topological orders correspond to patterns of long-range quantum entanglement. States with different topological orders (or different patterns of long range entanglements) cannot change into each other without a phase transition.
Cristalvignette|Cristaux. vignette|Cristaux de sel obtenus par cristallisation lente dans une saumure à température ambiante. Un cristal est un solide dont les constituants (atomes, molécules ou ions) sont assemblés de manière régulière, par opposition au solide amorphe. Par « régulier » on veut généralement dire qu'un même motif est répété à l'identique un grand nombre de fois selon un réseau régulier, la plus petite partie du réseau permettant de recomposer l'empilement étant appelée une « maille ».
Fibre de carbonevignette|Petits morceaux de fibres de carbone (longueur 8 mm). La fibre de carbone se compose de fibres extrêmement fines, d'environ cinq à dix micromètres de diamètre, et est composée principalement d'atomes de carbone. Ceux-ci sont agglomérés dans des cristaux microscopiques qui sont alignés plus ou moins parallèlement à l'axe long de la fibre. L'alignement des cristaux rend la fibre extrêmement résistante pour sa taille. Plusieurs milliers de fibres de carbone sont enroulées ensemble pour former un fil, qui peut être employé tel quel ou tissé.
Défaut topologiqueEn cosmologie, un défaut topologique est une configuration souvent stable de matière que certaines théories prédisent avoir été formée lors des transitions de phase de l'univers primitif. Selon la nature des brisures de symétrie, on suppose la formation de nombreux solitons au travers du mécanisme de Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble. Les défauts topologiques les plus courants sont les monopôles magnétiques, les cordes cosmiques, les murs de domaine, les skyrmions et les textures.
